空气源热泵热水器压缩机技术现状及发展展望

　　近年来，热水器行业对节能效果的提升实践从未停止过，但各种原理的热水器优势和劣势都非常明显，尤其是太阳能热水器，虽然在节能性能上表现突出，但受诸多客观条件的限制，并不能实现期望中的使用及节能效果，使人们还是渴望能有新的品类产品出现。在这种情况下，作为倍受关注的新能源技术，热泵被行业寄予了很大的希望。热泵技术是基于逆卡诺循环的原理，将工作介质通过压缩膨胀释放的相变循环，吸收环境中的低温热量并压缩升温后转移到被加热侧。在常温环境下，用一千瓦时的电能可以获取四千瓦时的热能，节省四分之三的用电，是高效节能的优秀产品。根据利用不同的热源，热泵分为地源热泵、水源热泵、空气源热泵和双源热泵。在家用领域，应用最广泛的是空气源热泵，空气源热水器是空气源热泵的代表产品，以节能效果显著，且无废气废物排放，清洁环保而受关注。也正是基于此，家用热泵热水器获得发展，不仅各大传统热水器企业也对此动向关注紧密，而更有美的、格力、志高等一些家电名企业涉足。

　　那么，作为热泵热水器的核心部件压缩机，它就象人体的心脏一样，起着供应热泵“血脉”的作用。总的来说，能生产空调的企业，就基本具备热泵的生产能力。但空气源热泵热水器与热泵空调、热水器有很大区别。家用热泵热水器工作条件是完全不同于空调器的，在极端工况和边缘工况对压缩机要求很高，专用压缩机的出现早就成为一种市场需求。可以说，专业的热泵压缩机的应用助阵了行业进步。目前，从国际市场来看，热泵专用压缩机和热泵用CO2制冷压缩机的技术已经较为成熟，从主要的制造企业如日立、谷轮、艾默生和西安庆安推出的相关产品来看，理论上已完成可以满足各种工况情况下的使用需求。

　　总体上看，家用热泵热水器的恶劣工况包括冷热两种：一种是在很热的天气下，一种是在北方寒冷的天气中。经过了这几年的市场实践，在长江以南热泵热水器在经历了＂冻伤＂的痛苦后，使行业经历了发展过程中的一次挫折。能否应对南方的各种高低温天气以及北方冬天的超低温天气一度成为行业的技术瓶颈。

　　比如在天气热的情况下，要以保护压缩机的运行尽量不受损伤为主，以保证热水供应。如果热天效率过高，回气温度也高，造成压缩机电机线圈得不到良好的冷却，损坏电机，同时回气温度高、排气温度也高，压缩机润滑油被烧焦而造成压缩机损坏是比较常见的问题，也是空气源热泵热水器易烧压缩机及寿命大大缩短的原因。所以，太过高温的地区要采用高温型压缩机。热天蒸发吸热温差大，能吸收更多热量，而冷凝传热于水的热量未同步增大，造成吸气温度增高，故热天可通过减蒸发面积或风量来控制吸收的热量。当然采用更高温型压缩机会更好，但同时要考虑性价比。

　　在天气冷的地方，融霜是产品的主要功能。如何最大限度减少结霜和及时有效的化霜，因为结霜一方面增加了蒸发器的导热热阻，增大了空气的流通阻力，使得压降增大，空气流量降低，从而增大了空气侧对流换热热阻，降低了蒸发器的平均换热系数；另一方面，降低了蒸发温度，使系统功耗增大，热泵性能系数降低；如果霜层过厚，换热量将急剧减少，风机状态点发生变化，热泵甚至将难以正常运行。化霜系统设计是体现制造商制造水平和设计能力的重要标志，专业的制造商区别于非专业制造商而有一套可靠的优化方案。谷轮公司生产的高温型压缩机，主要用于超高（低）环境温度。美国谷轮公司是各热泵厂家首选用于生产热泵的压缩机。谷轮压缩机目前市场上常见的有3个型号属于高温型压缩机，型号为ZR61KH（5匹）、ZR47KH（4匹）此压缩机没有，只有ZR47KC制冷常用型非高冷凝温度型、ZR36KH（3匹），该类型高温压缩机比普通中温压缩机更能在恶劣工况中长期良好稳定运行。被专业的企业所采用。

　　我国幅员广阔，针对北方地区寒冷季节低温制热的技术问题，也制约着热泵热水器的推广和应用。所以，在低温环境下的融霜问题对压缩机的品质提出了特殊要求。不具备优化的除霜功能，此类热水设备不能过冬也在情理之中。由于北方的环境特点，需要大压缩比的压缩机。但用于冷库的大压缩比压缩机难于用在热泵上。谷轮公司生产的压缩机也有低温型产品解决的途径如，补气增焓数码涡旋压缩机。也有企业推出了双级压缩机来进行尝试，以期分段实现压缩，联合实现高压缩比技术。

　　目前，国标已经出台了规定。出台了低温工况的标准。国标中通过融霜实用工况的规定解决了这一难题，从热泵运转的实际情况入手,分析了影响热泵能效的主要因素,分析室外空气的温度、湿度对热泵机组运转中的能效性能的影响,同时引入时间概念,确立除霜技术在热泵冬季运转过程中对能效性能的绝对性影响,从而对现有的除霜技术进行分析比较,引出智能除霜的新技术。

　　但目前市场上基本都是中温型压缩机，也就是小型中央空调用的压缩机。高温型能够承受压缩机排气温度130℃，而普通中温压缩为115℃；高温型压缩机出厂寿命测试按高压31.5kg长期运行，而普通中温型则按26.5kg运行测试；压缩机内置超高压自动卸载功能，而普通型即无此功能。制热水能力是指机组的制热量，取决于输入功率与性能系数（COP），“小5P”通过提高COP值来保证制热水能力，所以高COP的“小5P”制热水能力完全可超过“正5P”压缩机的制热水能力，关键是良好的系统配置。

　　总体上，一台好的热泵压缩机要排气量、排冷量、能效比、旋转率、耐高的排气温度、高的冷凝温度、高压缩比、良好抗液击、抗过载能力等各项性能指标都要好，并且要和整个系统及采用的冷媒相匹配。损坏热泵系统，进口高温高压系列压缩机，一般能效比COP值在标况下可达到4.0以上，但COP不仅压缩机所决定，而是整个系统合理配制。

　　能源紧张使得热泵节能优势越来越明显要。这些年，通过家装设计师推介、产品节能展示和媒体传播的形式，已经立体式地向社会宣传了空气能热水器高端、节能、安全的优势。相信，随着各方面因素的成就，热泵也会随着各方面技术的成熟迈向更加快速发展的新阶段。而通过近些年的市场实践，压缩机的技术虽然不断进步，但尚有很多地方需要攻克。影响压缩机寿命的直接因素就很多，主要有排回气温度、高（低）压、回油状况等，需要专用的产品进行解决。日本早已研发出专供空气源热泵热水器的压缩机，但由于我国市场起步较晚，而且我国产品与日本产品各有不同的设计特点，适合我国产品的压缩机迟迟未能面世，国产专用压缩机就更少。必须要有专用的压缩机，是行业实现跨越的一个重要保证。

　　空气源热泵热水器与热泵空调、热水器的区别

　　热泵空调中的冷热水机组从表面看其制热水的过程与空气源热泵热水器相同，但仔细分析差异很大，首先是工作环境：热泵空调制热水环境工况指定为7℃,而热泵热水器工作环境是－10℃至45℃,无任何排放的环境健康特性，是目前其他任何热水器无法替代的。充分地展示了广阔的市场，热泵空调制热水最高温度指定为45℃，而空气源热泵热水器制热水温度可以达到60℃，在天气高温的环境下，热泵空调制热水会产生超压，压缩机过热反复死机保护，而空气源热泵热水器可以在45℃环境下正常连续工作制作60℃热水，制作60℃热水时，热泵空调在45℃以上要辅助以电加热提升水温，空气源热泵热水器就不需要电辅，在冬季－5℃以下工作时热泵空调不易启动，易结霜，空气源热泵热水器易启动，不易结霜，效率仍较高，COP值在2左右。

　　空气源热泵热水器相关原理

　　空气能的能量守恒定律：(电器能量)+(环境热量)=(获得的能量)。

　　电器能量：为了提高空气的回收速度及热交往的速度来提高工作效率，满足人类高效利用能量的需求，根据能量守恒定律，所以必须用约1/5的电能来达到提高5倍以上的能量，同时实现智能化控制。

　　环境热量：根据能量守恒定律，我们用1kw的电能，产生了5kw的能量归功于我们从空气中（生物能、工业废气、建筑空调废热、海洋能、地热能）吸取高达4倍以上的能量。

　　获得的能量：根据能量守恒定律，我们将1kw的电能吸取环境中4倍以上的低温热量产生到5倍的能量，该数字对国家节能减排是非常有划时代意义的。                 （责编 蒋士桦）